1、概述
并聯(lián)機器人是一類全新的機器人，它具有剛度大、承載能力強、精度高、自重負荷比小、動力性能好、控制容易等一系列優(yōu)點，在人力成本日益增加的時代，這項技術(shù)廣泛應用于包裝行業(yè)的各個領域，例如食品飲料，藥品，物流等多個行業(yè)，用于實現(xiàn)快速抓取，提高工作效率。隨著先進制造技術(shù)的發(fā)展，并聯(lián)機器人將有非常好的發(fā)展前景。
近幾年國內(nèi)各機器人制造商及設備制造企業(yè)紛紛開始研發(fā)Delta并聯(lián)機器人。但是由于我國Delta并聯(lián)機器人的發(fā)展時間較短，國內(nèi)Delta并聯(lián)機器人負載能力及運動速度等性能指標要遜色于國外Delta并聯(lián)機器人，為了提高負載能力及運動速度，國內(nèi)廠家往往采購國外高端伺服系統(tǒng)，但是卻提高了生產(chǎn)成本，失去競爭優(yōu)勢。
2、國產(chǎn)高速并聯(lián)機器人
本文項目中的用戶是國內(nèi)一家專業(yè)生產(chǎn)高速并聯(lián)機器人的廠商，特別是其創(chuàng)新開發(fā)的高速Delta機器人，采用獨特的雙動平臺結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)三維空間內(nèi)高精度拾放作業(yè)，具有速度快，精度高，可靠性好，易用性強的特點，可用于裝配、搬運、分揀、拾料和裝箱等作業(yè)領域。但是該款機器人在選擇伺服系統(tǒng)時卻著實費了一番周折。
一開始該公司選用的是全套國外高端伺服系統(tǒng)，配合其獨特的機械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)非常高的拾取速度。但是國外產(chǎn)品價格高昂，進行系統(tǒng)評測時還能承受，一旦進入批量生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如此高的成本對國內(nèi)還在發(fā)展階段的機器人廠商來說確實無法承受。于是該公司聯(lián)系了多家國內(nèi)伺服廠商進行產(chǎn)品測試，希望能找到一款滿足其性能要求的高性價比產(chǎn)品。最終，經(jīng)過嚴苛的性能測試，清能德創(chuàng)推出的高性能多軸伺服驅(qū)動器CoolDrive A8得到了客戶的認可，被選為該款高速Delta機器人的伺服系統(tǒng)。
該機器人規(guī)格參數(shù)見表1。
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規(guī)格
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機器人型號
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C4A0
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平均負載
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1.0kg
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最大負載
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3.0kg
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控制軸
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4軸
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性能
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重復定位精度（mm）
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±0.1
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角度重復定位精度
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1.5︒
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工作范圍
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直徑（D：mm）
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800
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高度（H：mm）
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250
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旋轉(zhuǎn)
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±180°
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最大速度（m/s）
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7
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最大加速度（m/s2）
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100
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圖1并聯(lián)機器人機械系統(tǒng)組成圖
3、系統(tǒng)設計
4軸高速并聯(lián)機器人由Beckhoff工控機作為上位控制器，CoolDrive A8伺服驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機組成機器人的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)組成見圖2。
圖2并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)組成圖
該系統(tǒng)配置的優(yōu)勢在于：
1.、開放的上位控制系統(tǒng)。
Beckhoff工控機基于 PC 的控制技術(shù)將 PLC、運動控制、測量技術(shù)和機器人技術(shù)集成在同一個控制平臺上。無需配備單獨的 CPU 和網(wǎng)關，可以實現(xiàn)通用的工程環(huán)境，優(yōu)化 PLC 和運動控制之間的同步，從而提高精度和速度。Beckhoff工控機內(nèi)嵌的TwinCAT可利用現(xiàn)代處理器的多核技術(shù)，使得應用于機器人應用或測量分析的復雜數(shù)學算法可以在單獨的內(nèi)核上執(zhí)行，不會影響 PLC 性能。
2、高性能的伺服驅(qū)動器。
CoolDrive A8伺服驅(qū)動器是清能德創(chuàng)電氣技術(shù)（北京）有限公司最新推出的國內(nèi)首款網(wǎng)絡化模塊化伺服驅(qū)動產(chǎn)品，融合了共直流母線、能效管理、功能安全，多軸同步等多項創(chuàng)新技術(shù)，為客戶提供更節(jié)能，更靈活，更安全的伺服系統(tǒng)。CoolDrive A8從產(chǎn)品形態(tài)、功能上來說非常適合用于工業(yè)機器人行業(yè)，完全可以替代國外同類產(chǎn)品，為客戶提供更具性價比的方案。
CoolDrive A8是國內(nèi)首家通過ETG一致性測試的產(chǎn)品，可以實現(xiàn)與Beckhoff上位的EtherCAT總線完美兼容，能夠發(fā)揮EtherCAT任務的最佳性能。由于CoolDrive A8伺服驅(qū)動器的電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的控制周期分別可達到62.5us、125us和250us，頻率響應更是高達3KHz，可充分滿足高速并聯(lián)機器人高速響應、高同步性的性能要求。
CoolDrive A8的各種前饋補償功能、控制參數(shù)在線調(diào)整功能和定位振動抑制功能，進一步提高了本系統(tǒng)的響應性能、控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。國內(nèi)創(chuàng)新性的模塊化結(jié)構(gòu)和共直流母線設計簡化了系統(tǒng)接線，使系統(tǒng)擴展更加靈活，并提高了能源使用效率。CoolDrive A8集成的STO、SS1、SS2等安全功能，在緊急情況下可觸發(fā)預先設置好的安全動作，保障設備和人身安全。
4、機器人實際性能評價
客戶對這款高速Delta機器人的性能評價指標，主要是指機器人在抓取標準工件時，機器人本體運行穩(wěn)定，定位誤差<0.1mm時的最大作業(yè)頻率。在實際系統(tǒng)調(diào)試過程中，CoolDrive A8精調(diào)控制參數(shù)前，機器人的作業(yè)頻率即可達到90次/分鐘，超過之前客戶測試的其他國內(nèi)伺服系統(tǒng)的性能指標。而在通過對伺服系統(tǒng)各項控制參數(shù)進行精確設定后，這臺高速DELTA機器人的拾取速率達到了120次/分鐘，與客戶之前采用的國外高端伺服系統(tǒng)的性能指標完全相同，這樣的結(jié)果完全超出了客戶的預期，也驗證了CoolDrive A8完全有能力替代國外高端伺服系統(tǒng)。
